新疆克拉玛依灌区地下水与包气带水盐运移模拟及农业可持续性评估

为解决干旱区灌区土壤盐渍化加剧和地下水上升导致的农业可持续性问题，研究人员采用FEFLOW构建三维水盐运移模型，模拟了克拉玛依灌区2006-2021年地下水与包气带动态。研究发现节水灌溉虽减缓地下水位上升，但因淋溶不足导致表土盐分累积，预测2030年地下水位将升至1.7米，表土盐度增加20%。该研究为干旱区灌区水盐管理提供了关键理论支撑。

　　

在广袤的新疆干旱区，克拉玛依灌区正面临着一场无声的生态危机——随着灌溉面积扩大，地下水位持续上升，盐分通过毛细作用不断向地表迁移，形成"越灌越盐"的恶性循环。这片占新疆耕地35%的盐渍化区域，每年蒸发量高达3000毫米，而降水量不足110毫米，极端的气候条件使得传统灌溉方式难以为继。尽管当地政府推广了覆膜滴灌等节水技术，但缺乏排水系统的现状导致浅层高矿化度地下水（平均EC_w达19.65 dS/m）成为土壤二次盐渍化的"隐形推手"。

为破解这一困局，中国科学院生态与地理研究所等机构的研究人员开展了为期15年的系统研究。团队创新性地采用有限元软件FEFLOW构建三维变饱和水盐运移模型，整合了2006-2021年52口监测井数据、377个土壤采样点及18个气候模型预测数据。通过正交试验确定关键参数敏感性（土壤形状参数n>水力传导度K>孔隙度ε），并利用Boltzmann模型量化了地下水位与土壤盐分的非线性关系。

研究结果揭示出三个关键发现：

1. 灌溉模式转变的水盐响应
   2006-2010年漫灌阶段，灌区地下水位以0.63米/年速度上升，同时将表层盐分淋洗至深层，使土壤EC_e降低37%。2011年推广节水灌溉后，地下水位上升速率骤降73%，但因淋溶不足导致2016年后表土盐分反弹，强盐渍化面积增加9.2%。

2. 临界深度机制
   通过非线性拟合发现，当地下水位浅于2.35米（耕地2.46米，林地2.11米）时，毛细作用使盐分上移风险显著增加。模型预测至2030年，灌区35%区域地下水位将突破该临界值，表土盐度增幅达20%。

3. 空间异质性规律
   10-15米深度的黏壤土弱透水层形成"盐分过滤器"，使深层地下水EC_w比2-10米层低4.2 dS/m。但随水位上升，包气带厚度减小导致该过滤效应减弱，北部耕地10-15米层低盐区（3-6 dS/m）将在2025年前消失。

这项发表于《Agricultural Water Management》的研究首次在区域尺度上量化了干旱灌区饱和-非饱和带水盐耦合过程。研究表明，单纯节水灌溉无法解决无排水灌区的根本矛盾，建议通过工程排水（将水位控制在临界深度以下）或种植耐盐作物（如棉花耐盐阈值EC_t=7.7 dS/m）实现可持续发展。该模型为"一带一路"沿线干旱灌区的水盐调控提供了普适性方法框架，对保障粮食安全与生态安全具有重要战略意义。